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Recientemente, la posibilidad de eliminar el dióxido de carbono directamente del agua de mar ha surgido como otra posibilidad prometedora para mitigar el CO2 emisiones, que incluso algún día podrían conducir a emisiones globales negativas netas. Pero, al igual que los sistemas de captura de aire, la idea aún no se ha generalizado, aunque algunas empresas están tratando de ingresar al campo.
Ahora, un equipo de investigadores del MIT afirma haber encontrado la clave de un mecanismo de supresión verdaderamente efectivo y económico. Los resultados se informaron esta semana en el diario Ciencias Energéticas y Ambientalesen un artículo de los profesores del MIT T. Alan Hatton y Kripa Varanasi, el posdoctorado Seoni Kim y los estudiantes graduados Michael Nitzsche, Simon Rufer y Jack Lake.
Los métodos existentes para eliminar el dióxido de carbono del agua de mar aplican voltaje a través de una pila de membranas para acidificar una corriente de alimentación mediante la separación del agua. Esto convierte los bicarbonatos en el agua en moléculas de CO2, que luego se puede eliminar al vacío. Hatton, profesor de ingeniería química Ralph Landau, señala que las membranas son caras y que se necesitan productos químicos para impulsar las reacciones generales de los electrodos en cada extremo de la pila, lo que aumenta aún más los gastos y la complejidad del proceso. “Queríamos evitar tener que introducir productos químicos en las medias celdas del ánodo y el cátodo y evitar el uso de membranas tanto como fuera posible”, dice.
El equipo desarrolló un proceso reversible que consiste en celdas electroquímicas sin membrana. Los electrodos reactivos se utilizan para liberar protones en el agua de mar que alimenta las celdas, lo que da como resultado la liberación de dióxido de carbono disuelto en el agua. El proceso es cíclico: primero acidifica el agua para convertir los bicarbonatos inorgánicos disueltos en dióxido de carbono molecular, que se recoge como gas de vacío. Luego, el agua se envía a un segundo conjunto de celdas con voltaje invertido, para recolectar los protones y transformar el agua ácida en alcalina antes de liberarla nuevamente al mar.Periódicamente, los roles de las dos celdas se invierten una vez que se coloca un conjunto de electrodos agotado de protones (durante la acidificación) y el otro se ha regenerado durante la alcalinización.
Según Varanasi, profesor de ingeniería mecánica. La reinyección de agua alcalina podría realizarse a través de emisarios dispersos o lejos de la costa para evitar un pico local de alcalinidad que podría alterar los ecosistemas, dicen.
«No vamos a poder procesar las emisiones de todo el planeta», dice Varanasi. Pero la reinyección se puede hacer en algunos casos en lugares como piscifactorías, que tienden a acidificar el agua, por lo que esta podría ser una forma de ayudar a contrarrestar ese efecto.
Una vez que se elimina el dióxido de carbono del agua, todavía es necesario eliminarlo, al igual que con otros procesos de eliminación de carbono. Por ejemplo, puede enterrarse en formaciones geológicas en las profundidades del lecho marino, o puede transformarse químicamente en un compuesto como el etanol, que puede usarse como combustible para el transporte u otros productos químicos especiales. “Definitivamente puede considerar usar CO capturado2 como materia prima para la producción de productos químicos o materiales, pero no podrá utilizar todo como materia prima”, dice Hatton. “Te quedarás sin mercados para todos los productos que produzcas, así que pase lo que pase, una cantidad significativa del CO capturado2 debe ser enterrado bajo tierra.
Inicialmente, al menos, la idea sería unir dichos sistemas con infraestructuras existentes o planificadas que ya tratan agua de mar, como plantas de desalinización. «Este sistema es escalable, por lo que potencialmente podemos integrarlo en los procesos existentes que ya están tratando el agua del océano o están en contacto con el agua del océano», dice Varanasi. Allí, la eliminación de dióxido de carbono podría ser una simple adición a los procesos existentes, que ya devuelven grandes cantidades de agua al mar, y no requeriría consumibles como aditivos químicos o membranas.
«Con las plantas desalinizadoras, ya bombeas toda el agua, entonces, ¿por qué no moverte allí?» Varanasi dijo. «Un montón de costos de capital asociados con la forma en que mueve el agua y los permisos, todo eso ya podría solucionarse».
El sistema también podría ser implementado por los barcos que tratan el agua durante su viaje, para ayudar a mitigar la contribución significativa del tráfico marítimo a las emisiones generales. Ya existen mandatos internacionales para reducir las emisiones del transporte marítimo, y «esto podría ayudar a las compañías navieras a compensar algunas de sus emisiones y convertir a los barcos en depuradores de océanos», dijo Varanasi.
El sistema también podría implementarse en lugares como plataformas de perforación en alta mar o piscifactorías. Eventualmente, esto podría conducir a la implementación de plantas de eliminación de carbono independientes repartidas por todo el mundo.
El proceso podría ser más eficiente que los sistemas de captura de aire, dice Hatton, porque la concentración de dióxido de carbono en el agua de mar es más de 100 veces mayor que en el aire. En los sistemas de captura directa de aire, primero se debe capturar y concentrar el gas antes de poder recuperarlo. «Sin embargo, los océanos son grandes sumideros de carbono, por lo que el paso de captura ya se ha hecho por ti», dice. «No hay etapa de captura, solo liberación». Esto significa que los volúmenes de materiales que deben manejarse son mucho más pequeños, lo que podría simplificar todo el proceso y reducir los requisitos de espacio.
La investigación continúa, con el objetivo de encontrar una alternativa a la etapa actual que requiere vacío para eliminar el dióxido de carbono separado del agua. Otra necesidad es identificar estrategias operativas para evitar la precipitación de minerales que pueden ensuciar los electrodos en la celda de alcalinización, un problema inherente que reduce la efectividad general de todos los enfoques informados. Hatton señala que se ha logrado un progreso significativo en estos temas, pero aún es demasiado pronto para informar. El equipo espera que el sistema esté listo para un proyecto de demostración práctica en unos dos años.
“El problema del dióxido de carbono es el problema definitorio de nuestra vida, de nuestra existencia”, dice Varanasi. «Así que claramente necesitamos toda la ayuda que podamos obtener».
El trabajo fue apoyado por ARPA-E.
