This is an authorized translation of an Eos article. Esta es una traducción al español autorizada de un artículo de Eos.
A medida que el mundo supera los 1.5 °C de calentamiento antropogénico y parece cada vez más probable que alcance los 2.6 °C y 3.1 °C hacia finales de siglo, sigue existiendo una gran controversia, incluso entre geocientíficos, sobre cómo frenar, detener o revertir el acelerado cambio climático que estamos provocando. Como han documentado numerosos estudios, ese calentamiento provocará la inundación de muchas ciudades costeras, daños con valor de billones de dólares derivados de fenómenos meteorológicos extremos, las extinciones generalizadas de especies y olas de calor cada vez más intensas. También representará una amenaza profunda para los sectores financieros y las economías a todas las escalas.
“La escala de mitigación necesaria para mantener el calentamiento por debajo de los 2 °C–3 °C va más allá de la reducción de las emisiones anuales”.
Una cosa es clara: para mitigar estas consecuencias, la primera prioridad de la humanidad debe ser reducir drásticamente sus emisiones anuales de alrededor de 40 gigatoneladas (mil millones de toneladas métricas) de dióxido de carbono (CO₂), el gas de efecto invernadero que más contribuye al calentamiento global. Sin esta reducción, cualquier otra medida en el mejor de los casos tendrá una eficacia limitada.
Desgraciadamente, a estas alturas, la escala de mitigación necesaria para mantener el calentamiento por debajo de los 2 °C–3 °C va más allá de la reducción de las emisiones anuales. También debemos eliminar y almacenar el carbono acumulado en la atmósfera.
Reducir las emisiones anuales no es suficiente
La necesidad de reducir las emisiones ha sido expresada con precisión, pasión y contundencia durante décadas. Sin embargo, las emisiones globales continúan batiendo nuevos récords, aumentando en un 1% en cada uno de los últimos tres años. Mientras tanto, aunque el crecimiento de las energías limpias y renovables (CRE, por sus siglas en inglés) ha batido recientemente sus propios récords, el consumo global de combustibles fósiles continúa en ascenso, y el petróleo, el gas y el carbón siguen representando más del 81% del consumo total de energía (solo 4% menos que hace 20 años).
Incluso bajo condiciones políticas favorables, el consumo de CRE, que como porcentaje del consumo mundial de energía primaria crece a un ritmo de aproximadamente 1% anual, está lejos de alcanzar el crecimiento del consumo energético global, que ronda el 2% por año. Incluso si el crecimiento de las CRE lograra igualar ese ritmo, podrían pasar décadas hasta alcanzar algo parecido a una descarbonización energética global, durante las cuales emitiríamos varias veces más CO₂ del que ya hemos liberado.
En las últimas décadas, centrarse en las emisiones anuales no sólo no ha servido para reducirlas, sino que tampoco son nuestras emisiones actuales (y las futuras) las que están causando el calentamiento de 1.55 °C que estamos presenciando. Es la cantidad de CO₂ que ya hemos emitido. Nuestras emisiones acumuladas de 1.8 billones de toneladas (1,800 gigatoneladas) de CO₂ procedentes de la energía y la industria — pesan más que toda la biomasa viva del planeta — extraídas de reservorios geológicos y vertidas a la atmósfera, permanecerá allí (y en el océano) durante miles de años. Incluso en ese feliz día en que finalmente empecemos a reducir nuestras emisiones, estaremos más lejos que nunca de resolver el problema. De hecho, aún seguiremos agravándolo.
Una gran oportunidad
Científicos y profesionales de múltiples disciplinas y sectores pueden desempeñar un papel clave en la mitigación del cambio climático. La investigación en geociencias es fundamental para comprender los reservorios de carbono y los flujos entre ellos, así como los efectos pasados, presentes y posibles en el futuro sobre el clima. Sin embargo, a estas alturas, parece evidente que es poco probable que más ciencia climática, e incluso mejor comunicación de la misma, inspiren la acción colectiva o política necesaria para activar una mitigación significativa. Entonces, ¿qué más pueden aportar los geocientíficos?
“La remoción de dióxido de carbono (CDR, por sus siglas en inglés) implica riesgos mucho menores que el multi-centenario experimento de geoingeniería de utilizar la atmósfera como desagüeo desagüe”.
Algunos ven un papel en apoyar la extracción de recursos naturales para satisfacer la asombrosa demanda proyectada de metales como el cobre y las tierras raras, y en promover el tipo sostenibilidad impulsada por la tecnología que promueve la industria minera. Los geocientíficos también contribuyen a informar sobre los enfoques de adaptación y resiliencia, aunque ninguna de estas constituye una forma de mitigación y, a largo plazo, resultan mucho más costosas. Se calcula que el impacto económico del calentamiento es de alrededor 12% del PIB (producto interno bruto) mundial por cada 1 °C de aumento de temperatura, y se prevé que nuestra trayectoria actual reduzca el PIB mundial hasta un 40% para el año 2100, con pérdidas aún mayores en ciertas regiones.
La mayor oportunidad — y quizá la mayor responsabilidad — para que los geocientíficos contribuyan a la mitigación está en facilitar la eliminación duradera de dióxido de carbono (CDR, por sus siglas en inglés). A veces surgen preocupaciones sobre la CDR como una forma de intervención climática o geoingeniería; pero es mucho menos arriesgada que el multi-centenario experimento de geoingeniería de utilizar la atmósfera como desagüe. De hecho, eliminar gigatoneladas de CO₂ cada año es esencial para alcanzar las estrategias de emisiones netas cero y evitar cantidades desastrosas de calentamiento, tal como lo han señalado de forma inequívoca el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC), la Comisión de Transiciones Energéticas y la Sociedad Americana de Física.
Claves para el retiro de carbono
Generalmente se consideran tres principios fundamentales para la CDR. En primer lugar, se debe extraer el CO₂ que ya está presente en la atmósfera. Este principio se distingue de la captura y almacenamiento de carbono en fuentes puntuales (CCS, por sus siglas en inglés), el cual solo reduce las nuevas emisiones de CO₂ provenientes de fuentes fósiles industriales y energéticas a medida que compite con la energías limpias.
Existen múltiples enfoques para la eliminación duradera de dióxido de carbono. La captura directa del aire (DAC, por sus siglas en inglés), por ejemplo, es un método que está creciendo rápidamente el cual extrae CO₂ directamente de la atmósfera. Los métodos de eliminación y almacenamiento de carbono a partir de biomasa (BiCRS, por sus siglas en inglés) capturan una fracción de las 480 gigatoneladas de CO₂ que las plantas absorben naturalmente cada año, impidiendo que ese carbono regrese a la atmósfera al convertir la biomasa en formas que pueden aislarse y almacenarse.
Otros enfoques de CDR se centran en la gestión de ecosistemas para estimular una mayor eliminación de CO₂ de la que ocurriría de forma natural, el segundo de los tres principios de la CDR. Algunos ejemplos son las diversas estrategias para mejorar la meteorización de rocas en tierras agrícolas o bosques, y para métodos marinos, como el uso de nutrientes para fomentar el crecimiento de biomasa o el aumento de la alcalinidad del agua de mar para que extraiga más CO₂ del aire.
“Independientemente del método utilizado para eliminar CO₂, este debe almacenarse de forma duradera, con una probabilidad mínima de regresar a la atmósfera durante un largo periodo”.
El tercer principio, y el más importante, es el hecho de que, independientemente del método utilizado para eliminar CO₂, este debe almacenarse de forma duradera, con una probabilidad mínima de regresar a la atmósfera durante un largo periodo de tiempo. Usar el carbono capturado para crear productos comercializables como fertilizantes o compuestos químicos puede parecer económicamente inteligente, pero no es un enfoque duradero. Toda la demanda industrial global de CO₂ representa menos del 1% de nuestras emisiones anuales, y gran parte de ese carbono vuelve a la atmósfera o se utiliza en la recuperación mejorada de petróleo (EOR, por sus siglas en inglés) para extraer más petróleo.
Los llamados enfoques de CDR basados en la naturaleza o uso del suelo, como la reforestación, las prácticas agrícolas y la gestión de suelos, son alternativas intuitivamente atractivas que pueden eliminar y almacenar CO₂ y, si se hacen bien, mejorar la salud de los ecosistemas. Pero estos métodos tampoco son muy duraderos. Las plantas terrestres almacenan una masa de carbono (~1,650 gigatoneladas en toda la vegetación terrestre) casi equivalente a nuestras emisiones acumuladas, y los suelos contienen cuatro veces más. Sin embargo, la mayor parte del carbono de las plantas y el suelo regresa a la atmósfera a través de la descomposición natural o de perturbaciones en escalas de tiempo de años a décadas.
Además, las alteraciones antropogénicas de los bosques y los suelos provocadas por el calentamiento, que son cada vez más intensas y frecuentes, podrían debilitar aún más la durabilidad de la CDR basada en la naturaleza y la tierra. Solo los incendios forestales de Canadá en 2023 liberaron casi 3 gigatoneladas de CO₂, casi cuatro veces más que las emisiones anuales de toda la aviación global. (Estas perturbaciones también amenazan con desestabilizar los antiguos reservorios de carbono en turberas y permafrost, que almacenan en conjunto un stock de carbono equivalente a cinco veces nuestras emisiones acumuladas, otra razón más para acelerar el desarrollo de CDR.) Por lo tanto, aunque la CDR basada en la naturaleza y la tierra aporta beneficios colaterales y es barata y fácil de desplegar, en el contexto de contabilizar emisiones netas cero, solo tiene sentido como compensación de emisiones biogénicas análogas (por ejemplo, uso del suelo o la silvicultura), no para el 82% procedente en su mayor parte de la quema de combustibles fósiles.
Aparte de los tres principios fundamentales de la CDR, el potencial de aplicar enfoques a una escala lo suficientemente grande como para marcar una diferencia significativa es una consideración clave. La escalabilidad de la DAC a gran escala, por ejemplo, se enfrenta a problemas de consumo energético y costos. Asimismo, para reducir la carga acumulada de emisiones con métodos basados en la naturaleza y en la tierra, como la reforestación, requeriría extensiones de tierra descomunales que ya tienen otros muchos usos. Mientras tanto, el océano, que ya contiene cerca de 140,000 gigatoneladas de CO₂, ofrece un enorme potencial debido a su enorme tamaño y a su mayor tiempo de residencia en comparación con otros reservorios cercanos a la superficie, a pesar de las interrogantes sobre cómo el calentamiento futuro afectará esa durabilidad.
El sustancial subsuelo
“Cada vez está más claro que, tanto por su capacidad como por su durabilidad, es difícil superar a los yacimientos geológicos subterráneos”.
Los enfoques de eliminación duradera de dióxido de carbono son diversos y están evolucionando, pero cada vez está más claro que, tanto por su capacidad como por su durabilidad, es difícil superar a los yacimientos geológicos subterráneos. La cantidad de carbono presente en la corteza terrestre es millones de veces mayor que la contenida en todos los reservorios cercanos a la superficie combinados, y permanece allí abajo por varios órdenes de magnitud más tiempo. Las estimaciones sugieren que existe suficiente capacidad de almacenamiento subterráneo para al menos decenas de miles de gigatoneladas de CO₂ recapturado, y análisis recientes de factibilidad han demostrado que alcanzar tasas de almacenamiento de al menos 5 a 6 gigatoneladas de CO₂ por año para 2050 es realista y consistente con las trayectorias tecnológicas actuales.
Lograr una CDR a escala de gigatoneladas será un gran desafío — que requeriría construir apoyo y un mayor desarrollo de los métodos necesarios. Algunos enfoques muestran el mayor potencial.
El CO₂ capturado puede comprimirse e inyectarse como fluido supercrítico (sCO₂) en acuíferos salinos o en yacimientos de petróleo y gas agotados situados a gran profundidad bajo aguas subterráneas dulces y recubiertos por rocas impermeables. Este enfoque es probablemente la principal vía de almacenamiento para el CO₂ capturado mediante tecnologías de captura directa del aire (DAC), así como por la captura y almacenamiento de carbono (CCS) proveniente de las emisiones, y es algo que ya sabemos hacer gracias a décadas de práctica (aunque principalmente para la recuperación mejorada de petróleo). Bajo las condiciones adecuadas, diversos mecanismos de captura minimizan las probabilidades de que escape el CO₂ almacenado de esta manera.
Otro enfoque prometedor es la mineralización directa, que consiste en inyectar CO₂, ya sea como fluido supercrítico o disuelto en agua, en rocas máficas y ultramáficas reactivas para formar minerales carbonatados. El uso de este método está aumentando a escalas de millones de toneladas por año en algunos lugares.
Otros métodos de eliminación y almacenamiento de carbono a partir de biomasa, BiCRS, relativamente nuevos pero prometedores que aprovechan la capacidad de captura de carbono de las plantas son la inyección subterránea (a menudo en yacimientos agotados de petróleo y gas) de carbono derivado de biomasa en forma de bioaceite, residuos agrícolas o forestales pirolizados, u otros desechos orgánicos (por ejemplo, municipales o de origen ganadero).
Desafíos para los geocientíficos
Dada la trayectoria aún ascendente de nuestras emisiones y la necesidad de soluciones escalables de almacenamiento de carbono, es difícil imaginar que la remoción de CO₂ mediante almacenamiento subterráneo duradero, CDR, no crecerá en las próximas décadas, especialmente si las políticas e incentivos relacionados con el carbono pasan de favorecer la reducción y la evitación de emisiones a la eliminación. Con el interés de la industria de los combustibles fósiles en apuntalar sus activos de producción energética, es posible que también prolifere el uso del almacenamiento de carbono asociado a emisiones (CCS), una tecnología afín a la CDR. En cualquier caso, es probable que el subsuelo sea cada vez más objeto de atención y acción.
A medida que crece este interés, debemos reconocer que el subsuelo es un lugar cada vez más concurrido, donde interactúan recursos hídricos, energéticos y minerales, sin mencionar que alberga hasta el 90 % de toda la vida microbiana y entre el 10 % y el 20 % de toda la biomasa del planeta. Aquí es donde entran en juego las geociencias.
“Ha llegado el momento de que los geocientíficos asuman un papel central en el desarrollo de soluciones de mitigación”.
Tras un siglo en el que la industria de los combustibles fósiles ha definido directa e indirectamente gran parte de la investigación y la formación de la disciplina, ha llegado el momento de que los geocientíficos asuman un papel central en el desarrollo de soluciones de mitigación, específicamente en el almacenamiento duradero de carbono y la gestión responsable del subsuelo. No faltarán desafíos.
Las actividades de minería, geotermia, y producción y disposición de petróleo y gas ya han incrementado los flujos de fluidos subterráneos muy por encima de los niveles previos al Antropoceno, y las proyecciones de estos flujos para 2050 son muchas veces superiores. Tan solo en Estados Unidos, además de más de 4 millones de pozos de producción de petróleo y gas, casi un millón de pozos de inyección subterránea eliminan una enorme variedad de materiales y residuos peligrosos y no peligrosos.
Escalar el almacenamiento subterráneo de carbono a niveles de gigatoneladas por año significaría inyectar grandes cantidades de CO₂, así como de diversas soluciones de carbono, en una amplia gama de reservorios geológicos y aguas asociadas. Esto generará no solo desafíos de ingeniería, sino también retos de esclarecimiento de la eficacia y los peligros de las inyecciones en condiciones muy diversas. Aunque sabemos relativamente bien cómo se comportan el CO₂ supercrítico (sCO₂) y del CO₂ disuelto en ciertos tipos de entornos subterráneos, no sabemos casi nada sobre el comportamiento de los nuevos fluidos de almacenamiento de carbono, como el bioaceite y los residuos biológicos en suspensión o torrefactos.
El papel de las geociencias en la gestión responsable del subsuelo también implicará aportar nuevas perspectivas sobre cuencas sedimentarias y provincias ígneas, para abordar cuestiones como la permeabilidad y la composición de las rocas que son importantes para el almacenamiento duradero, así como para evaluar los factores de riesgo críticos. Entre los factores de riesgo incluyen la migración de fluidos y su interacción con fallas geológicas y otras barreras de permeabilidad, el potencial de disolución mineral para movilizar metales y modificar los flujos de fluidos, la contaminación de aguas subterráneas dulces y la sismicidad inducida.
Gran parte de este trabajo será necesariamente transdisciplinario, lo que supondrá un reto para los científicos acostumbrados a los énfasis tradicionales y disciplinarios a la hora de desarrollar un lenguaje y unos enfoques compartidos. Por ejemplo, para entender cómo afecta el almacenamiento de carbono a las comunidades microbianas (por ejemplo, a través de la diversidad de especies y metanogénesis) y a las comunidades humanas, y traducir ese conocimiento en acciones de política pública e involucramiento social, requerirá que los geocientíficos colaboren y se comuniquen con biólogos, ingenieros, planificadores, la industria, gobiernos, comunidades indígenas y otros.
A la altura de las circunstancias
El almacenamiento duradero de carbono para la remoción de dióxido de carbono puede literalmente estar debajo de nosotros, pero no podemos permitir que lo esté en sentido figurado.
La percepción pública hacia la CDR está mejorando, aunque muchos geocientíficos siguen considerándola una distracción de la reducción de emisiones o, peor aún, un obstáculo que desincentivará la reducción de emisiones. Sin embargo, este riesgo — en gran medida teórico, que, vale la pena señalar, también se plantea al perseguir la adaptación y la resiliencia — puede abordarse mediante la creación de objetivos separados para la CDR y la reducción de emisiones y por otros medios de implementación estratégica. Otros ven la CDR duradera como una forma de complicidad con la industria de los combustibles fósiles y sus tácticas de retraso y distracción, o que es una alternativa opuesta a enfoques intuitivamente atractivos basados en la naturaleza.
“Debemos tener claro que las emisiones acumuladas de la humanidad, tanto hasta la fecha como en el futuro (incluso con proyecciones optimistas), nos sitúan en una senda que requiere gigatoneladas al año de CDR duradera para tener alguna esperanza de evitar un calentamiento de entre 2 °C y 3 °C”.
Pero debemos tener claro que las emisiones acumuladas de la humanidad, tanto hasta la fecha como en el futuro (incluso con proyecciones optimistas), nos sitúan en una senda que requiere gigatoneladas al año de CDR duradera para tener alguna esperanza de evitar un calentamiento de entre 2 °C y 3 °C. Y, sea cual sea el método, la mayor parte de ese carbono capturado tendrá que almacenarse en reservorios geológicos.
Desarrollar y gestionar de manera responsable el almacenamiento subterráneo de carbono representa un desafío histórico para las geociencias. Estar a la altura de estos retos servirá a la sociedad y al planeta al ayudar a mitigar las desastrosas consecuencias del cambio climático. También puede cambiar la percepción pública de este campo como anticuada o desconectada y ofrecer una misión inspiradora para las nuevas generaciones de geocientíficos.
Datos del autor
Peter Reiners ([email protected]), Universidad de Arizona, Tucson
This translation by Saúl A. Villafañe-Barajas (@villafanne) was made possible by a partnership with Planeteando and Geolatinas. Esta traducción fue posible gracias a una asociación con Planeteando y Geolatinas.